怎麼解釋摩擦力的本質是電磁力?
答:
排除法走一波。自然界四大基本作用力,萬有引力,電磁相互作用力,強相互作用力,弱相互作用力。強相互作用力是強子之間的作用力,弱相互作用力是W和Z玻色子的交換引起的,萬有引力是有質量物質之間的相互吸引,電磁相互作用力是電和磁的相互作用。肯定不是前三種,所以是最後一種電磁相互作用。
我知道讀者肯定不滿意上面的回答。那讓我們認真分析一波。
摩擦力是一個蠻複雜的力,科學家們至今也沒有完全明白摩擦背後的物理機制。
十五世紀達芬奇提出摩擦為物體自重的四分之一,十七世紀法國物理學家艾蒙頓認為摩擦力只與載荷有關,與接觸面積無關。後來有一個英國物理學家提出摩擦起源於分子間的粘附力的作用。到了十八世紀,庫倫進行了實驗,他認為摩擦時凹凸不平的面嵌在一起造成的。
二十世紀,Prandtl和Tomlinson提出了Prandtl-Tomlinson模型,這個模型認為:
C和B是兩個原子,另外一個原子是D,如果D原子離B原子比較遠,D原子從B原子的旁邊走近,D原子會把B原子靠近拉,當D原子遠離B原子時,B原子又會彈回來。這是一個穩定的過程,沒有任何能量消耗,也就不可能有摩擦。
但是,如果這個D原子,離B原子比較近,它走近的時候會把B原子拉過來,離去時候,B原子突然回彈過去引起B原子彈性振動。這就相當於B原子在不斷地振動,一旦振動就消耗了能量,就有摩擦損失。
1896年,原子力顯微鏡被髮明,人們可以從原子層面上研究摩擦力的本質,Prandtl-Tomlinson模型基本被證實了。後來超快鐳射被人們發現,人們又可以進一步研究摩擦過程中聲子的耗散,電子耗散以及結構的演變。
總的來說,目前主要認為摩擦力是表面之間的黏附,表面的粗糙程度,表面形變等多種複雜情況組合產生。無論是表面原子間的黏附,還是表面不平整的相互刮蹭,都是分子和原子的相互作用力,其本質就是一種電磁相互作用力。
參考資料:
Hanaor D , Gan Y , Einav I . Static friction at fractal interfaces[J]. Tribology International, 2016, 93:229-238.
Friction
摩擦力會消失嗎?| 雒建斌
by 岷客